Java中內(nèi)存區(qū)域與對象的概念和作用

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1、Java虛擬機包含以下幾個運行時數(shù)據(jù)區(qū)域：程序計數(shù)器、Java虛擬機棧、本地方法棧、Java堆、方法區(qū)。

2、程序計數(shù)器

1）在虛擬機的概念模型里，字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復(fù)等都需要依賴計數(shù)器來完成；

2）為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器，各條線程之間計數(shù)器互不影響，獨立存儲，因此是線程獨立的；

3）如果正在執(zhí)行一個Java方法，這個計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是Native方法，，這個計數(shù)器的值則為空；

4）此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

3、Java虛擬機棧

1）線程私有，生命周期與線程相同；

2）描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個方法執(zhí)行時都會創(chuàng)建一個棧幀用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息，每個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程；

3）兩種異常：StackOverflowError和OutOfMemoryError。

4、本地方法棧

1）與虛擬機棧作用相似，區(qū)別是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法服務(wù)，而本地方法棧為虛擬機使用到的Native方法服務(wù)；

2）兩種異常：StackOverflowError和OutOfMemoryError。

5、Java堆

1）所有線程共享，存放對象實例和數(shù)組；

2）Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域；

3）Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上連續(xù)即可；

4）如果沒有內(nèi)存完成實例分配，并且堆也無法擴展時，將拋出OutOfMemoryError異常。

6、方法區(qū)

1）所有線程共享，存放被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)；

2）JDK1.8仍然保留方法區(qū)的概念，只不過實現(xiàn)方式不同，取消永久代，方法存放于元空間(Metaspace)，元空間仍然與堆不相連，但與堆共享物理內(nèi)存，邏輯上可認(rèn)為在堆中；

3）無法滿足內(nèi)存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

7、使用new創(chuàng)建對象的過程

1）類加載檢查。首先檢查這個指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個符號引用，并檢查這個符號引用代表的類是否已經(jīng)被加載、解析和初始化，如果沒有，則必須執(zhí)行類加載過程；

2）分配內(nèi)存。兩種分配方式：指針碰撞和空閑列表。指針碰撞要求Java堆內(nèi)存是絕對規(guī)整的，空閑列表允許Java堆不規(guī)整。采用那種方法取決于采用的垃圾收集器。

3）考慮并發(fā)問題。兩種方案：一種是CAS+失敗重試保證原子性，另一種是本地線程分配緩沖（TLAB），事先給每個線程分配一小塊內(nèi)存，分配完了才需要同步鎖定。

4）初始化零值。保證對象的實例字段在Java代碼中不賦初值就可以直接使用。

5）設(shè)置對象信息。例如對象是哪個類的實例、如何才能找到類的元數(shù)據(jù)信息、對象的哈希碼、對象的GC分代年齡等信息。這些信息存放在對象頭中。

6）執(zhí)行<init>方法。

8、對象的內(nèi)存布局

1）3塊區(qū)域：對象頭、實例數(shù)據(jù)、對齊填充；

2）對象頭：包含兩部分信息，一部分用于存儲自身的運行時數(shù)據(jù)，如哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向鎖線程ID、偏向時間戳等，另一部分是類型指針，指向它的類元數(shù)據(jù)的指針。

3）實例數(shù)據(jù)：是一個對象真正存儲的有效信息。

4）對齊填充：并不是必然存在的，由于HotpotVM的自動內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，因此沒有對齊的部分需要通過填充來補全。

9、對象的訪問定位：主流的訪問方式有使用句柄和直接指針兩種，HotSpt采用的第二種方式訪問對象。

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